Robotic conformal 4D printing of liquid crystal elastomers

微尺度化学 3D打印 弹性体 材料科学 纳米技术 液晶 共形映射 计算机科学 沉积(地质) 限制 点(几何) 机器人 软机器人 工作(物理) 液晶显示器 3d打印 快速成型 自动化 机械工程 液晶 纳米-
作者
Christopher Chung,Huan Jiang,Alston X. Gracego,Martin L. Dunn,Kai Yu
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:12 (7): eaeb2417-eaeb2417 被引量:1
标识
DOI:10.1126/sciadv.aeb2417
摘要

Four-dimensional (4D) printing of liquid crystal elastomers (LCEs) serves as a promising approach to create reversibly shape-changing structures for diverse applications, including soft robotics, deployable systems, and adaptive surfaces. Central to programming these shape transformations is the spatial alignment of microscale liquid crystal mesogens. Existing 4D printing methods for LCEs are constrained by the alignment of mesogens within 2D planes, thereby limiting the range of achievable deformation. This work presents a robotic direct-ink-writing conformal 4D printing technology that enables deposition of LCEs onto complex, nonplanar 3D substrates. An algorithm is developed to generate printing paths, point normals, and control codes to guide the motion of a six-axis robotic arm. Conformal printing is demonstrated on various surfaces with different printing paths, and the resulting shape-changing behaviors are studied to highlight the unlocked design space. Integration with 3D scanning further allows printing onto substrates with unknown geometries, such as egg surfaces, which enables applications in on-demand protective coatings and structural repair.
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